Le rayonnement primaire est absorbé par l'échantillon. La partie du rayonnement d'énergie supérieure à EK (énergie de liaison ralliant la couche K d'un atome à son noyau), peut frapper 1 électron de la couche K d'1 atome, et provoquer l'émission de son spectre X. Le surplus d'énergie sert à augmenter la vitesse des photoélectrons, électrons extraits des différentes couches de l'atome correspondant. Ce phénomène est appelé "effet photoélectrique". En fluorescence X, le faisceau primaire qui frappe l'échantillon et le faisceau secondaire qui est émis par l'échantillon sont de même nature.